抗肿瘤铂类配合物的设计、合成及其生物活性研究

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本文主要报道了两类新型的铂(Ⅱ)类配合物的合成及其抗肿瘤活性研究。   第一部分设计合成了一类支链/环链烷氧基乙酸为配体的铂(Ⅱ)类配合物。首先设计合成了两个兼顾水溶性和脂溶性的支链烷氧基乙酸配体,并以此烷氧基乙酸根为离去基团合成了两个铂(Ⅱ)配合物顺-二(异丙氧基乙酸根)·[(1R,2R)-1,2-反式环己二胺]合铂(Ⅱ)(L-1)和顺-二(叔丁氧基乙酸根)·[(1R,2R)-1,2-反式环己二胺]合铂(Ⅱ)(L-2),对其结构进行了表征。采用PI染色后流式细胞术检测法测定了它们对SPC-A1肺腺癌细胞系、BGC823胃腺癌细胞系的体外抗肿瘤活性,结果显示配合物的活性与顺铂接近。   在此基础上又设计合成了两个环链烷氧基乙酸配体,并以这四个支链/环链烷氧基乙酸根为离去基团合成了一系列铂(Ⅱ)配合物(通式见式A),对其结构进行了波谱表征。用Annexin V和PI双染色流式细胞术测试了所有化合物对人肺癌细胞系A549,人肝癌细胞系Bel-7402和人乳腺癌细胞系MCF-7的细胞毒活性。结果表明,其中4个以支链烷氧基乙酸根为配体的化合物显示较好的活性,尤其是化合物L-5(顺-二(异丙氧基乙酸根)·二氨合铂(Ⅱ)),它在所测的化合物中,活性最高。作为载体配基的胺基配体对配合物的生物活性有很大的影响,对所测的三种细胞系,活性顺序为1R,2R-环己二胺>NH3>4R,5R-4,5-二(氨甲基)-2-异丙基-1,3-二氧戊环。离去基团对配合物的活性同样有影响,对所测的三种细胞系,以异丙氧基乙酸根为离去基团的化合物活性都比以叔丁氧基乙酸根为离去基团的化合物活性要高。与本实验室前期工作中以甲氧基乙酸根、乙氧基乙酸根和丁氧基乙酸根为离去基团的化合物一起比较,可以发现,随着烷基链的增长,化合物的活性降低。当离去基团为环戊氧基乙酸根和环己氧基乙酸根时,化合物几乎无活性。化合物L-5和L-6(顺-二(叔丁氧基乙酸根)·二氨合铂(Ⅱ))活性较好,值得进一步研究。   基于上述两次体外抗肿瘤活性研究中,化合物L-1,L-2,L-5和L-6表现出较好的体外抗肿瘤活性,我们又采用MTT法对这四个化合物进一步开展了体外抗肿瘤活性研究。测试了化和物L-1和L-2对人肺癌细胞系A549和人结肠癌细胞系HCT-116的体外细胞抑制作用,根据疗效评价计算得到IC50值。测试了化合物L-5和L-6对A549和MCF-7体外细胞抑制作用,根据疗效评价计算得到IC50值。测试结果与上两次基本一致,四个化合物的体外细胞毒活性都与阳性对照物接近,其中化合物L-2在所有化合物中显示最高的活性,甚至超过顺铂。   鉴于化合物L-1和L-2在体外抗肿瘤活性研究中体现出较高的活性,与阳性对照物顺铂接近,我们开展了化合物L-1和L-2对人肺癌A549裸小鼠移植瘤的体内活性测试,并根据给药后小鼠的体重变化情况进行初步的毒性估计。测试结果表明,化合物L-2对A549的疗效与顺铂相当,化合物L-1高剂量时对A549的生长也有明显的抑制作用,但毒性较大。   为了进一步考察化合物L-1和L-2的急性毒性,选用18~22g ICR小鼠(雌雄各半),对化合物L-1和L-2注射剂做了急性毒性评估。结果显示,化合物的毒性表现主要是对胃、肠、胆囊、肝脏和肾等脏器的影响。化合物L-1经静脉注射途径给药的LD50=32.486 mg/kg,化合物L-2经静脉注射途径给药的LD50=66.444mg/kg,它们的毒性都小于顺铂和奥沙利铂,但大于卡铂。   第二部分设计合成了一系列3-氮杂-1,1-环丁二酸的衍生物,并以其为配体合成了一系列具有新型构效关系的铂(Ⅱ)配合物(通式见式B)。首先设计合成了四个铂(Ⅱ)配合物(包括R为烷基和苄基的配合物),对这四个化合物做了两次活性测试:一是用Annexin V和PI双染色流式细胞术检测配合物对人非小细胞肺癌细胞系A549,人肝癌细胞系Bel-7402和人乳腺癌细胞系MCF-7的体外细胞抑制作用;第二次用SRB法测试了化合物对人肝癌细胞系BEL-7402、人肺癌细胞系A549/ATCC和结肠癌细胞系HCT-116的体外抗肿瘤活性。结果表明,化合物lx-d((N-苄基-3-氮杂-1,1-环丁二酸根)·二氨合铂(Ⅱ))显示最好的活性,其活性接近顺铂。   在此基础上设计合成了14个氮原子上连接各种取代苄基的3-氮杂-1,1-环丁二酸的衍生物配体,合成了一系列具有新型构效关系的铂(Ⅱ)配合物,数个典型化合物的单晶结构显示,它们与卡铂的配位方式不同,这类配合物中二价金属铂离子与3-氮杂-1,1-环丁二酸根配体中的叔胺氮原子和其中一个羧酸根中的氧原子配位成键,而另一个羧酸根“裸露”,是一类具有新型结构的铂(Ⅱ)配合物。形成这种结构的可能原因有二,一是由于氮原子与铂原子配位能力比氧原子要强,二是形成的两个六元螯合环可能使得这种结构更加稳定,尽管叔胺氮原子有较大的空间位阻。   对所合成的化合物,采用MTT法研究了它们对人肺癌细胞系A549、人结肠癌细胞系HCT-116和人乳腺癌细胞系MCF-7的体外抗肿瘤活性。结果表明,该系列目标化合物总体上抗肿瘤活性较弱,但部分化合物显现出了一定的活性,其中以化合物lx-12a([N-(3-甲氧基苄基)-3-氮杂-1,1-环丁二酸根]·(1R,2R-环己二胺)合铂(Ⅱ))的活性最佳,其对所测的三种细胞系的活性都与顺铂接近。   根据目标化合物的抗肿瘤活性测试结果,我们假设可能存在以下两种抗肿瘤作用机理:一种是与顺铂类经典构型的铂(Ⅱ)配合物类似的抗肿瘤机理,即当化合物分子进入细胞后,与二价金属铂离子配位的3-氮杂-1,1-环丁二酸根配体中的叔胺氮原子和其中一个羧酸根中的氧原子几乎同时断裂,然后空位被两个水分子取代,再与DNA分子作用。在这种情况下,最后起活性作用的都为二水·二氨(环己二胺)合铂,所有化合物都应体现一定的抗肿瘤活性,区别只应是由于取代基的不同造成3-氮杂-1,1-环丁二酸根的离去速率差异而引起的活性大小的区别。但实验结果是大多数化合物几乎无活性,只有少数体现活性,仅有一个具有高活性。鉴于此,我们认为这种情况的可能性较低。另一种作用机制我们推测是与二价金属铂离子配位的3-氮杂-1,1-环丁二酸根配体形成的Pt-N键和Pt-O键其中一个发生断裂,断裂后的空位被水分子取代,当与DNA分子结合时,水分子再离去。实验结果表明,不同的取代基体现不同的活性,其可能的原因是当某种取代基与DNA分子处于适当的部位并发生相互作用时,有利于二价金属铂离子配位基团与DNA分子结合,也即药物与靶向DNA分子结合。化合物lx-12a表现高活性的原因可能是间位甲氧基正好与DNA分子处于合适位置,通过相互作用能够有效地卡位,从而使得二价金属铂离子配位基团与DNA分子发生有效作用。   为了验证我们的假设,我们进一步设计合成了化合物lx-14a,它与化合物lx-12a结构类似,区别是lx-14a苯环上有两个间位取代甲氧基,而lx-12a只有一个。我们希望通过再引入一个间位取代甲氧基,能起到提高药物与DNA分子结合作用,或者是起到协同作用。同样采用MTT法测试了它对A549和MCF-7细胞系的体外抗肿瘤活性,结果发现其活性与化合物lx-12a和阳性对照物顺铂都接近,这进一步验证了我们推测的机理,但其详细作用机理还有待于大量的实验证实。
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